TWI388256B - 印刷電路板及其散熱結構 - Google Patents

Description

印刷電路板及其散熱結構

本發明涉及一種印刷電路板及其散熱結構，尤指一種通大電流的印刷電路板及其兼具散熱和導電功能的散熱結構。

若PCB中包括大功率的晶片以及高發熱量的場效應管、二極體、三極管等電子元件時，該晶片與電子元件的散熱以及操作期間的大電流導通，常常是通過橋接銅片或散熱片來實現，以利用銅本身的高散熱、高導電性能，來實現散熱與電流導通。為了適應於大電流，橋接銅片或散熱片需採用較厚的紅銅或黃銅。

一般來說，橋接銅片或散熱片是通過焊錫焊接於印刷電路板上。具體來說，利用無鉛錫爐所提供的融熔的無鉛錫，將橋接銅片或散熱片的吃錫部位伸入貫穿印刷電路板的貫穿開口中，並利用毛細現象讓融熔的錫沿著吃錫部位被向上導引。在融熔的錫固化後，即可將橋接銅片或散熱片固定在印刷電路板上的貫穿開口中。

目前，焊接制程漸漸由有鉛錫爐製程改成無鉛錫爐製程，以滿足歐盟公告的「電子電機設備有害物質限用指令」(ROHS)的要求時，由於無鉛錫熔點較高，故須施以較高溫度的錫爐製程來進行焊接，以使得無鉛錫成為融鎔狀態，以利橋接銅片或散熱片的吃錫部位將融熔的無鉛錫導引向上。然而，橋接銅片或散熱片本身高導熱效果，極容易快速地將無鉛錫的熱帶離，導致原本融熔的無鉛錫過快固化，導致較厚的橋接銅片或散熱片在無鉛錫爐製程中經常發生吃錫不良的問題。如果採用目前習慣使用的在吃錫部位上方挖孔方式去克服此問題(降低橋接銅片或散熱片的導熱效果，以避免無鉛錫過快固化)，雖然還是能夠提供一定程度的散熱作用，但是這樣就會導致電流通過橋接銅片時導通電流的斷面積不足夠，而無法適用於大電流的導電支架。

因此，提供一種吃錫良好、兼具導通大電流功能的散熱結構及採用該散熱結構的印刷電路板非常必要。

本發明的目的在於提供一種散熱結構，其改變結構後的吃錫部分降低導熱效果但仍具導引無鉛錫向上擴散，提供吃錫良好、兼具散熱和導通大電流的功能。

本發明另一目的在於提供包括有上述散熱結構的印刷電路板。

本發明提供一種印刷電路板的散熱結構，其具有至少一吃錫部位，通過該吃錫部位無鉛錫焊在該印刷電路板上，其中，該吃錫部位延伸有複數個均勻排列的突狀結構。

優選的，該突狀結構為條形齒，相鄰兩齒間的間隙為一矩形凹槽，該矩形凹槽的寬度與該條形齒的寬度近似。優選的，該散熱結構為銅片，該條形齒的長度與該銅片的厚度近似。

可選擇的，該突狀結構為三角形齒，相鄰兩齒間的間隙為一倒三角形凹槽，該倒三角形凹槽與該三角形齒尺寸相當。優選的，該散熱結構為銅片，該三角形齒的底邊長度與該銅片的厚度相當。

優選的，該散熱結構呈拱形，其橋接至少一對晶片，使得該對晶片電性連接。

優選的，該散熱結構表面貼附有至少一電子元件或沒有任何電子元件。該散熱結構上開設有至少一固定孔或沒有固定孔，用於收納用於固定該電子元件的一固定件，如螺釘或鉚釘。

本發明還提供一種印刷電路板，其包括複數個晶片以及至少一散熱結構，該散熱結構通過無鉛錫焊制程焊接在該印刷電路板上，電連接該些晶片，其中，該散熱結構具有一吃錫部位，該吃錫部位延伸有複數個均勻排列的突狀結構。該突狀結構可以是衝壓方法形成。

具體的，該突狀結構為條形齒，相鄰兩齒間的間隙為一矩形凹槽，該矩形凹槽的寬度與該條形齒的寬度近似。優選的，該散熱結構為銅片，該條形齒的寬度與該銅片的厚度近似。

可選擇的，該突狀結構為三角形齒，相鄰兩齒間的間隙為一倒三角形凹槽，該倒三角形凹槽與該三角形齒尺寸相當。優選的，該散熱結構為銅片，該三角形齒的底邊長度與該銅片的厚度相當。

優選的，該印刷電路板還包括至少一電子元件或沒有任何電子元件，該電子元件具有複數個插腳，其藉由該些插腳插接在該印刷電路板上且與該散熱結構電連接，且該電子元件的一側面貼附在該散熱結構的一表面上。優選的，該散熱結構上開設有至少一固定孔或沒有固定孔，用於收納用於固定該電子元件的一固定件，如螺釘或鉚釘。

與現有技術相比，本發明提供的大功率伺服器用印刷電路板採用銅片散熱並導通大電流，在銅片的吃錫部位形成突狀結構，利用高低規律的突狀結構，在無鉛錫尚未固化之前，將熔融的無鉛錫順利導引到PCB板的表面，達到完美的吃錫品質。此外，該散熱結構的吃錫部位上方並不需要挖孔，即達到良好的吃錫品質，因此保證了一定的電流導通面積，因此，不影響該散熱結構充當導通大電流的導電支架的功能。

為使本發明更加容易理解，下面將結合附圖進一步闡述本發明不同的具體實施例。

參照第1圖，本發明提供了一種印刷電路板的散熱結構1。在製作散熱結構1時，主要是將銅片彎折形成拱形。拱形的散熱結構1具有一拱背部、以及由拱背部垂直延伸的一對拱側臂12a和12b。在拱側臂12a和12b上的複數個固定孔120用於固定發熱電子元件(未描繪)。拱側臂12a的末端具有兩個吃錫部位121。在吃錫部位121中，由片狀本體123額外延伸有突狀結構122，以改善吃錫情況。

參照第2圖，為了將第1圖所示之散熱結構1安裝在電路板4，電路板4上需具有貫穿印刷電路板4的貫穿開口41。如第2圖所示之電路板送至錫爐加熱後，貫穿開口41在無鉛銲錫保持融熔狀態下，將散熱結構1的吃錫部位121伸入貫穿開口41中，並利用毛細現象讓融熔錫沿著吃錫部位121被向上導引。

為了克服吃錫不良的問題，吃錫部位121中的突狀結構122的長度或寬度小於片狀本體123，而讓突狀結構122具有相對較小的接觸面積，以避免吃錫部位121的導熱效果過大而導致貫穿開口41中融熔無鉛錫過快固化，但突狀結構122仍然可以充分向上導引熔融無鉛錫，而克服吃錫不良的問題。舉例來說，如第1圖所示，在吃錫部位121的多數個突狀結構122之間均具有間隙，使得整體吃錫部位121的導熱效果還不至於會讓融熔無鉛錫過快固化，但是仍然可以利用突狀結構122將融熔無鉛錫向上導引。因此，在吃錫部位121伸入貫穿開口41時，在不影響無鉛錫的融熔狀態之下，吃錫部位121能夠充分向上導引熔融無鉛錫，而克服吃錫不良的問題。在吃錫部位121中，多數個突狀結構122之間的間隙又會被固化的無鉛錫所填滿，而不會影響散熱結構1本身的散熱與導電性能。

優選的，該突狀結構122為條形齒，每一條形齒具有一相同的寬度a，一相同的長度b以及一相同的厚度h。本實施方式中，該突狀結構122藉由衝壓方法成型，即在銅片邊緣直接衝壓切割，形成該突狀結構122，這樣，該突狀結構122的厚度h實際上就是該銅片的厚度h。另外，為達到良好的吃錫效果，該條形齒的寬度a也設計為與其厚度h大致相等即可。該條形齒大致為一長方體形狀，其末端可以是平的，也可以優選為第1圖中所示的帶有弧度，從而減少銳角，避免損傷或增加美觀。相鄰兩齒間具有一間隙，該間隙為一矩形凹槽。該矩形凹槽具有一寬度d，該寬度d與該條形齒的寬度a尺寸近似。也就是說，該複數個條形齒不但尺寸均勻，而且排列的間隔也均勻，以達到更好的吃錫效果。需注意的是，如第3圖所示，可選擇的，該突狀結構122為三角形齒，相鄰兩齒間的間隙126為一倒三角形凹槽，這樣使得該吃錫部位121具有一鋸齒狀的外形。這樣的鋸突狀結構，同樣具有較好的吃錫品質。優選的，該三角形齒為等邊三角形齒，該倒三角形凹槽與該三角形齒尺寸相當，具體的，該倒三角形的底邊c1與該突狀結構的三角形底邊c2長度相當，該倒三角形高度h1與該突狀結構的三角形高h2尺寸相當，即，該複數個三角形齒大小相等，均勻排列，有利於達到較好的吃錫品質。同樣，為達到更好的吃錫品質，設計該h1、h2與銅片厚度h基本相等。

根據印刷電路板的設計，還可在該散熱結構1上設計更複數個數的吃錫部位121與印刷電路板對應，如第3圖所示，該散熱結構1的拱側臂12a和12b末端都設計有吃錫部位121，每一個吃錫部位121都延伸有複數個突狀結構122。第4圖中該突狀結構122的特徵與第1圖中所示的突狀結構122的特徵相同，但不限於此，還可以與第2圖中的突狀結構122特徵相同，而且，還可以是其他形式的突狀結構，突狀結構122大小均勻且間隙均勻地排列即可。

參閱第5圖，該散熱結構1的拱側臂12a、12b上形成的複數個固定孔120，用於容納固定發熱電子元件2的固定件3，例如第4圖中所示為螺釘，當然還可以是鉚釘等。電子元件2一般為場效應管、三極管和二極體等，其具有複數插腳21，通過該插腳21插接至印刷電路板上。該電子元件2上同時也具有固定孔20，固定件3穿過該固定孔20和120將該電子元件2和散熱結構1固定在一起，使得該發熱的電子元件2貼附在散熱結構1的側臂12a、12b上，從而將發熱電子元件2的散發的熱量傳遞出去。當然，不限於用螺釘或鉚釘的方式固定該電子元件2，例如焊接等其他方式也被允許。

另外，該散熱結構1也不限於拱形，只是，為橋接晶片，實現大電流的導通，通常將該散熱結構1設置成簡單的拱形結構。

請參閱第6圖，將上述散熱結構1電路板4中，本發明提供的大功率伺服器用印刷電路板4，其包括複數個晶片8以及至少一散熱結構1，該散熱結構1通過無鉛錫焊制程焊接在該印刷電路板4上，其中，該散熱結構1的吃錫部位121***印刷電路板4中，被無鉛銲錫密封，即使印刷電路板4的背面也只能隱約看到該散熱結構1的吃錫部位121的突狀結構122略凸起的部位。該散熱結構1***印刷電路板4後，電連接該複數個晶片8。只是，該散熱結構1比一般印刷電路板中銅箔要厚，因此導電截面積大，適合導通較大電流。而且，由於該散熱結構1並沒有在側壁12a、12b上吃錫部位121的上方形成利於吃錫的多孔結構，因此沒有減少其導電面積，因此能起到較好的導通大電流的作用。

通常，該印刷電路板4還包括至少一電子元件2，如場效應管或二極體、三極管等，該電子元件2具有複數個插腳21，其藉由該些插腳21插接在該印刷電路板4上且與該散熱結構1電連接，且該電子元件2的一側面貼附在該散熱結構1的一表面上，如第4圖所示的通過該散熱結構1上開設的固定孔120以及電子元件2上的固定孔20，藉由螺釘或鉚釘等固定件，將該電子元件2固定在該散熱結構1上。如第5圖所示，該電路板4上形成有一個散熱結構1，該散熱結構1上貼附有四個電子元件2，該散熱結構1能將電子元件2散發的熱量迅速地傳導出去。

當然，該散熱結構也有不貼附電子元件2的情形，如第2圖所示的印刷電路板4，其上形成有兩個散熱結構1，該散熱結構1則主要用於橋接晶片8，承擔導通大電流的作用。

惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明權利要求及發明說明書所記載的內容所作出簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明權利要求所涵蓋範圍之內。

1．．．散熱結構

12a、12b．．．側壁

120．．．固定孔

121．．．吃錫部位

122．．．突狀結構

123．．．片狀本體

2．．．電子元件

20．．．固定孔

21．．．插腳

3．．．固定件

4．．．電路板

41．．．貫穿開口

8．．．晶片

第1圖為本發明第一實施方式提供的散熱結構的立體示意圖；

第2圖是本發明具有兩個散熱結構的印刷電路板的結構示意圖；

第3圖為本發明第二實施方式提供的散熱結構的立體示意圖；

第4圖為本發明第三實施方式提供的散熱結構的立體示意圖；

第5圖是本發明提供的散熱結構固定一電子元件的分解示意圖；

第6圖是第5圖中固定有電子元件的散熱結構安裝在印刷電路板上的組裝圖。

1．．．散熱結構

12a、12b．．．側壁

120．．．固定孔

121．．．吃錫部位

122．．．突狀結構

123．．．片狀本體

Claims (8)

1. 一種印刷電路板的散熱結構，該印刷電路板具有一貫穿開口，該貫穿開口可容置融熔狀的無鉛錫，該散熱結構具有至少一吃錫部位，伸入具有無鉛錫的該貫穿開口之該吃錫部位可導引融熔狀的無鉛錫沿著該吃錫部位的表面向上擴散，其特徵在於，該吃錫部位由一片狀本體、以及由該片狀本體延伸出的一突狀結構，該突狀結構的接觸面積小於該片狀本體，以降低該吃錫部位對融熔狀的無鉛錫之導熱效果，該突狀結構可導引融熔狀的無鉛錫沿著該吃錫部位的表面向上擴散。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構，其中，該突狀結構為條形齒，相鄰兩齒間的間隙為一矩形凹槽，該矩形凹槽的寬度與該條形齒的寬度近似。
3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構，其中，該突狀結構為三角形齒，相鄰兩齒間的間隙為一倒三角形凹槽，該倒三角形凹槽與該三角形齒尺寸相當。
4. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構，其中，該突狀結構通過衝壓方法形成。
5. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構，其中，該散熱結構呈拱形，其橋接至少一對晶片，使得該對晶片電性連接或印刷電路板 兩端的電性連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構，其中，該散熱結構表面貼附有至少一電子元件。
7. 如申請專利範圍第6項所述的散熱結構，其中，該散熱結構上開設有至少一固定孔，用於收納用於固定該電子元件的一固定件。
8. 如申請專利範圍第7項所述的散熱結構，其中，該固定件為螺釘或鉚釘。